一次鄂北春季降雪过程分析和数值模拟

采用非静力中尺度模式WRF,对2010年4月中旬鄂北襄樊出现的一次罕见春季降雪过程的天气系统和降雪云微物理量的三维分布特征进行了模拟分析。结果表明,该模式较好地模拟了降雪中心和主要的固体降水形态。进一步分析表明,西北干冷空气南下造成了环境降温和长江中游槽线切变区激发对流的发展,在对流层中层直接形成固态降水物质,低层高湿和充足的水汽输送是这次降雪过程形成的重要因素。     

080125南方低温雨雪冰冻天气持续降水的数值模拟

利用WRF模式对2008年1月25—29日中国低温雨雪冰冻天气过程进行模拟。结果表明,雨雪期间长江中下游及以南地区长时间存在着高低空急流的耦合形态,且低空急流不断向雨雪区域输送暖湿水汽,使该地区低层的水汽辐合,促进大范围雨雪发生和维持：强高空辐散的抽吸作用,促进低空辐合、整层上升运动加强以及正涡度的维持．干冷空气从对流层高层倾斜南下加强了对流不稳定能量的积累.本次雨雪冰冻天气过程中存在明显的干侵入,降水区北侧对流层高层高位涡干冷空气沿等相对湿度（RH）线密集带侵入低层,促使雨区低层位涡中心迅速增大,促进强降水发生;本次过程表明位涡和降水有很好的对应关系,这对降水预报有很好的指示意义。由于极涡偏强促使冷空气南下,南方近地面浅薄冷空气使雨水结成冰导致灾害发生。     

北京几次弱降水过程预报失误分析

在选取的北京地区2011年冬季至2012年春季9次弱降水过程中,预报员出现了4次空报、2次漏报,预报效果总体不理想。通过对9次过程的预报检验、天气分析和多模式预报对比,得到如下认识:北京地区弱降水过程天气形势复杂多样,按高空大气环流形势可分为两槽一脊型、一槽两脊型、一槽一脊型,按地面天气形势可分为冷锋型、华北锢囚锋型、东风与倒槽型和东风回流型;弱降水过程普遍具有对流层低层水汽条件差或动力抬升弱的特点;对湿层浅薄、饱和层高度高、抬升凝结高度高的弱降水过程,数值模式容易出现空报;而对低层湿度条件好、饱和层高度低、抬升凝结高度低但高空系统弱的降水过程,模式又容易出现漏报;预报员主观预报出现空、漏报主要源于对天气系统的结构及发生发展机理认识不足,对边界层水汽、抬升等关键降水要素缺乏预报订正经验。     

冷空气对台风“海葵”(1211)倒槽特大暴雨作用分析

针对2012年8月10日发生在台风"海葵"(1211)减弱低压倒槽顶部的特大暴雨过程,利用加密自动气象站、卫星云图、NCEP再分析资料,结合中尺度数值模式的模拟结果,分析了这次特大暴雨期间的中尺度对流系统演变特征及形成机理。研究表明,东北冷涡后部南下的冷空气为特大暴雨的发生提供了有利的热动力条件,促进了降水的发展。冷空气主体偏北,仅从对流层中层侵入低压倒槽北部,而对流层低层并无明显冷空气影响,使暴雨区上空形成冷平流叠置于暖平流之上的温度平流垂直分布结构,促进这一地区对流不稳定层结的建立和发展。冷空气与低压倒槽内辐合上升的暖湿空气对峙于对流层中层,引起中层锋生,锋生效应使风场辐合加强,进一步促进锋生。两者相互作用促进暴雨区及附近的中小尺度对流系统发展,在暴雨区上空强迫出一支对流尺度的强上升气流,加强低层水汽向上输送,使暴雨区上空水汽辐合层迅速增厚,从而引发局地特大暴雨天气发生。     

北京地区预报失误的两次降雪过程分析

利用常规资料、NCEP1°×1°再分析资料及多种新型探测资料,对北京地区2011年深秋初冬季节预报接连失误的11月29日和12月2日两次降雪天气过程进行了分析。结果表明:①11月29日,在地面偏东风配合倒槽的有利形势下北京未出现降雪的重要原因之一是偏东风为干冷性质,且层次深厚,北京边界层湿度条件差。对流层低层冷空气快速南压填塞倒槽是预报出现失误的另一重要原因。②12月2日降雪过程,925hPa的切变线和地面锋面为边界层的水汽辐合抬升提供了动力条件,对流层中下层的水汽输送为降雪提供了水汽条件。③对比研究表明,北京地区冬季降雪预报要特别关注边界层湿度的变化,当边界层内水汽条件较差时,即使中高层有明显的天气系统也不易产生降雪。当边界层湿度条件好,并配合有边界层辐合系统时,即便对流层中层没有明显天气系统,也会产生降雪。     

云南倒春寒天气过程的分析研究

利用常规观测和NCEP 1°×1°的6小时再分析资料,总结1980-2011年云南15次低温雨雪强倒春寒天气过程,得出500 hPa形势高纬为两槽一脊和横槽型,700 hPa为典型北高南低特征.重点分析2011年3月14-19日和2005年3月2-6日不同类型下两次强过程,过程中均有昆明准静止锋增强和川滇切变线南下,新西伯利亚冷空气南下自东北向西南侵入云南.前者地面强降温由中低层强冷平流引发,而后者是由低层强冷平流和高层强冷平流下传共同造成.强雨雪天气对应有深厚垂直上升运动或对流层中低层以下层存在强上升运动柱.孟加拉湾为水汽源地,强高、低空急流和其垂直耦合的次级环流输送了水汽和热量.强降雪期间,无南支槽时需要大而强的水汽通量和水汽辐合,有南支槽配合时中低层水汽通量有迅速增加过程.低层为冷层或近地面强冷平流利于降水物冷凝成雪.过程中均有强锋生作用推动锋面南下,锋面前进方向锋生函数零线对应低层850 hPaQ矢量辐合线,锋区梯度大,能量积聚多对应降雪范围大.低层等露点线有Ω型特征,露点锋抬升作用触发干湿交界面上干冷、暖湿气流交汇,露点锋和低空急流位置强度及Q矢量辐合区与云南强倒春寒降雪区有较好对应关系,地面降温幅度与850 hPa锋生函数正值强度成正比.     

沙颍河流域一次基于高分辨资料的降水相态分析

利用常规气象资料、NCEP 0. 25°×0. 25°分析资料以及微波辐射计、风廓线雷达等高分辨率资料,采用诊断和统计方法,对2017年2月21日沙颍河流域一次雨雪过程中降水相态进行分析。结果表明:在高空低槽与东路冷空气共同作用造成雨雪天气的背景下,925 h Pa及以下冷高压底部的偏北冷空气造成低层持续降温,导致降水相态变化。过程前期700 h Pa以下为强暖平流,冷平流在900 h Pa以下且较为浅薄,温度层结为冷层-暖层-冷层-暖层,冰晶粒子下落融化形成雨滴。降水中后期冷平流发展强烈导致温度迅速下降,整层温度变为冷层,导致相态为雪;即使下游局部地区仍有暖层,但暖层浅薄、低层冷层深厚,相态也为雪。雨雪转换时0℃层高度下降明显,降雨阶段0℃层在抬升凝结高度以上,降雪阶段0℃层降到抬升凝结高度以下; 0℃层亮带回波在相态转换时出现明显变化,其亮带高度逐渐降低。微波辐射计的温湿廓线、云底高度以及液态水等在雨雪转换中均有显著变化,液态水含量在雨雪转变时迅速增大。风廓线风场定性反映了冷空气持续南下,低层冷垫增厚,导致相态转变以及降水强度增加;风廓线速度定量反映出降雨和降雪之间的差异,降雨速度范围为1. 5～7. 0 m·s-1,降雪速度范围在0. 25～1. 5 m·s-1;雨雪转换时下落速度明显减小,可用于相态转变的监测和预报。     

甘肃陇东南一次大暴雨的中尺度特征分析

2013年6月19-20日在甘肃陇东南出现一次罕见的暖区降水和切变线降水共同造成的区域性大暴雨过程,暖区降水强度大、持续时间长、强降水范围集中、中尺度特征明显。利用常规和非常规观测资料、NCEP再分析资料等对此次大暴雨天气过程的成因和中尺度特征进行了分析。结果表明,暖区降水时段:对流层低层高湿有利于降低暖区降水对抬升条件的要求,并与中层温度冷槽配合形成不稳定层结,前期低层的逆温层也有利于不稳定能量的堆积;低层垂直风切变、低空急流和地形抬升在对流触发和维持中具有重要作用,徽成盆地是生成对流单体的主要源地;中尺度对流系统具有暖云降水特点,质心低,降水效率高,且具有明显的后向传播和"列车效应"特征。切变线降水时段:受对流层中层暖平流、正涡度平流和低层冷空气侵入影响,武都涡不断发展加强;对流层湿层厚度增加,热力不稳定条件明显减弱,在低空切变线、武都涡和地面辐合线附近形成大范围的稳定性降水。     

黔西南一次中尺度暴雨的数值模拟诊断研究

使用WRF模式 (Weather Research and Forecasting model) 模拟了2006年6月12日贵州省西南部一次典型的突发性强对流暴雨过程, 模式较真实地模拟了这次局地发展的中尺度暴雨天气过程。对流层低层的中尺度辐合线造成了初始的上升运动, β中尺度对流系统首先在地面锋线前不稳定的暖区中生长, 辐合线南侧的偏南气流对水汽和热量的输送是对流能够持续生长的最重要因素。通过非地转ω方程的诊断证明, 在降水开始后, 凝结加热的释放对β中尺度对流系统的发展最为重要, 它强迫产生的上升运动分量超过了低层暖平流强迫造成的上升运动分量。在相应的热力、 动力结构的调整作用下, 对流层低层出现中尺度低空急流、 中尺度涡旋等动力结构。到降水过程后期, 由于偏北气流的侵入, 降水区上空对流层低层转为对流稳定的层结, β中尺度对流系统无法获得不稳定能量以维持其发展, 降水也逐渐减弱直至终止。     

2010年一次浙江省暴雪过程的诊断分析

利用常规的地面和高空观测资料,结合雷达资料和MM5中尺度数值模拟结果对发生在2010年12月15日08时-16日20时的浙江暴雪过程进行了分析.结果表明,本次降雪过程由北方强干冷空气与稳定加强的暖湿西南风气流交汇造成.冷空气南压使浙江省自北向南强烈降温,西南气流的稳定维持则提供了源源不断的水汽和能量,加上低层700 hPa出现强烈的逆温,这些都有利于降雪的产生和维持,最终达到大到暴雪的级别.利用雷达和数值模拟结果进行进一步分析还发现,浙中北地区降雪的主要影响系统是对流层低层的中尺度切变线.对流层低层的暖平流和对流层中下层的冷平流构成"上冷下暖"的层结.在这种不稳定的层结条件下,风场的切变配合低层气流的辐合,一起造成了浙江中北部地区的强降雪.浙中南部的降雪则主要是由于山区地形使得近地面空气堆积产生强辐合,配合高空较强的辐散气流,促使气流形成强烈的上升运动引发的.此外,对流层高层的正涡度输送对降雪的形成和维持十分有利,当高空出现正涡度时会有降雪形成,高空涡度的强度越强,降雪的强度也越强.     

EFFECT OF DRY COLD AIR ACTIVITY ON THE OFFSHORE RAPID INTENSIFICATION OF SUPER TYPHOON SAOMAI (2006): A NUMERICAL SIMULATION RESEARCH

Employing the mesoscale WRF (Weather Research and Forecast) model, Super Typhoon Saomai (2006) is simulated. The variation of track and intensity and its offshore rapid intensification process are well demonstrated by the model, and the temperature and humidity patterns associated with the dry cold air activity and their impact on and mechanism of the offshore rapid intensification of Saomai are mainly studied in this paper. The results indicate that high-resolution water vapor imagery can visually reveal the development, evolution, interaction as well as the mutual complementation of the dry cold air activity accompanied with the development of Saomai. The offshore rapid intensification phenomenon of Saomai is closely related to the dry cold air which originates from the upper- and mid- troposphere. Besides, the dry cold air from the upper troposphere is stronger than that from the mid-troposphere. Saomai intensifies as the dry cold air from the northwest moves toward its circulation but weakens when the dry cold air from the southwest is drawn into the storm. Dry cold airflows and their cold advection effect caused by the downward motion across the isentropic surface are favorable to the development of Saomai. The dry cold air always moves along an isentropic surface from the upper troposphere to the mid-troposphere around the typhoon circulation and contributes to Saomai’s abrupt intensity change.     

一场突发性局地大暴雨触发作用的分析和探讨

利用多种非常规高时空分辨率观测资料并结合ERA5(ECMWF Reanalysis V5)再分析资料,分析了2019年6月2日长春市区的一场突发性局地大暴雨的中尺度特征,结果发现,低层或高层冷中心、暖湿气流和冷池出流三者之间不同的相互作用是该过程两段不同强度降水产生的根本原因：第一时段降水较强,并伴有强雷电和冰雹,700 hPa附近较弱冷中心在低层偏南风急流作用下北移至长春站北部并叠加在高层强冷中心之下,其下沉气流在边界层顶附近受该处降水形成的冷池和冷锋后部冷平流阻挡向南回流,冷池出流强度增强并在长春站附近迫使强暖湿气流抬升,长春站上空层结不稳定性加强,当上游对流云团东移至该地时强烈发展,回波强度超过60 dBZ,后向传播作用形成东西向线状对流,列车效应显著;第二时段降水相对较弱,仅伴有雷电,长春上空中低层仍为暖平流控制,高层冷空气继续加强并南压,其下沉气流在边界层顶附近受低层急流作用向北辐散,冷平流较强并与第一阶段强降水产生的冷池出流(较弱冷平流)在长春站附近辐合,迫使其低层相对较暖的气团抬升,700 hPa以下转为垂直上升运动,对流云团移至该处再次发展并与周围对流云团合并形成线状对...     

2001—2010年大连地区暴雪天气与雷达回波特征分析

利用2001—2010年大连市7个市区县观测站冬季降水资料、常规观测资料和大连新一代天气雷达（CINRAD/SC型）回波资料,对发生在此期间8次暴雪过程环流形势分析的基础上,对雷达回波特征进行分析。结果表明：造成大连地区暴雪天气的环流形势,在500 hPa高空上多与东亚大槽建立前自中国华北伸向黄淮地区的高空槽有关,在地面上则与经华北南部和江（黄）淮地区东移或北上气旋（倒槽）与北方南下冷高压在大连附近交绥有关。雷达回波速度场以＂暖式切变＂型最多;该类型的降水强度,随南北气流的增强、风切变的增大和切变层在边界层和对流层低层的抬升与暖平流的匹配而加强;随西南气流在边界层和对流层低层减弱与冷平流的出现而减弱。研究结果可为预报冬季暴雪天气提供参考。     

黄土高原一次β中尺度突发性暴雨特征及成因

为了提高对黄土高原β中尺度突发性暴雨的预报和预警能力,利用NCEP 资料、MICAPS 系统提供的资料、多普勒气象雷达资料等,对2011 年8 月14 日黄土高原发生的一次β中尺度突发性暴雨天气过程进行了诊断分析。结果表明:这次黄土高原β中尺度暴雨主要是由一次β中尺度强对流单体活动造成的;与弱冷空气活动相伴随的中尺度能量比低值舌沿河套东黄河沿线向南入侵是此次暴雨的触发机制之一;对流层低层β中尺度气旋式辐合的生成、配合对流层高层β中尺度径向强辐散,构成暴雨最强降水时段垂直环流结构的基本特征;涡度收支分析表明：暴雨区强对流云团发展时,600 hPa 以下的对流层低层,主要是水平辐散项和水平平流项起作用,形成很强的涡度收支正值;550—250 hPa 为涡度收支负值,主要是水平平流项起作用;暴雨区强对流云团消散时,主要是水平辐散项起作用。     

2013年4月29—30日景德镇地区锋面暴雨过程分析

利用常规气象观测资料、NCEP 1°×1°格点数据以及FY-2E相当黑体亮温（TBB）资料,对2013年4月29—30日景德镇地区锋面暴雨产生的原因进行了初步分析。结果表明,500 hPa槽前负变高大值区诱使低层低值系统发展,850 hPa低涡沿切变线快速东移,配合西南急流的发展北伸,为暴雨区水汽辐合抬升提供了有利条件。伴随着冷锋南下,近地面层冷平流的侵入使得暖湿空气抬升,对流不稳定性增加,上升运动加强,是造成此次强降水的触发机制。景德镇上空不断有对流单体经过、东移,是造成景德镇地区出现暴雨的直接原因,强降水大多出现在TBB低值附近或其梯度区。此次暴雨过程水汽主要来自超低空急流输送,925 hPa水汽通量散度与暴雨落区、强度对应关系较好。     

冬季北太平洋风暴轴异常及其与东亚大气环流的关系

利用NCEP/NCAR逐日再分析资料,应用滤波方差、相关分析、合成分析等研究了1963年冬季至2011年冬季北太平洋风暴轴的时空演变特征,并探讨了风暴轴活动强弱与东亚—北太平洋大气环流的关系。结果表明：与1980s后期风暴轴活动显著增强相比,近10 a来风暴轴活动又进入较气候平均水平偏低的阶段,且风暴轴主体位置有着向东北、西南两侧的振荡现象。风暴轴活动强（弱）年,东亚地区近地面温度偏高（低）、对流层低层阿留申低压和西伯利亚高压偏弱（强）、中国东部及日本上空850 hPa北风减弱（加强）;对流层中层东亚大槽减弱北缩（加深南进）、对流层高层西风急流减弱（加强）。风暴轴活动与冬季影响中国的冷空气活动次数相关关系显著。     

江苏地区两次强飑线天气过程的特征分析

利用常规观测资料、NCEP/NCAR再分析资料、自动气象站加密观测及多普勒雷达资料,对2006年4月28日和2009年6月14日发生在江苏及周边地区的两次典型飑线过程进行了对比分析.结果表明,两次过程发生前期,对流层低层伴有明显的暖平流,中高层出现冷平流,促进了该地区大气层结不稳定的形成和发展;在飑线移动发展过程中,地面风场中对应一条清晰的辐合线,对飑线的触发和维持起着重要的作用.两次过程中环境场的热动力结构存在明显差异:就热力条件而言,前者发生在春季,冷空气势力依然较强,对流层低层的暖平流是大气层结不稳定发展的主要原因之一,后者发生在暖湿气流相对活跃的夏季,中高层冷空气的侵袭更值得关注;动力条件分析表明,前者低层辐合抬升条件明显好于后者,而后者的热力条件占优势,一旦对流启动,更容易发展.     

台风“温比亚”（1818）造成山东极端强降水的成因分析

利用气象卫星、多普勒天气雷达、区域自动气象观测站及常规气象观测资料,结合NCEP/NCAR逐日6 h再分析资料（0.25°×0.25°）,对2018年18号台风“温比亚”及其残骸长时间影响山东引发特大暴雨的成因进行分析发现：1）此次极端降水可分为三个阶段,分别受台风外围螺旋云系、倒槽和变性后温带气旋冷锋影响,其中弱冷空气与台风倒槽相互作用对强降水的产生和维持起到了重要作用。2）“温比亚”缓慢北上过程中,强降水落区从台风东侧逆时针转至其北部倒槽附近,并逐渐远离台风中心,台风强度逐渐减弱。3）冷空气在对流层中层与台风倒槽相互作用,中层冷暖平流增强形成锋区,斜压不稳定能量增强,暖湿空气在锋区附近上升,并与低层倒槽辐合上升运动相配合,引发了倒槽附近特大暴雨的发生。4）此次过程中,低空急流稳定维持,源源不断地将水汽自东海输送至台风倒槽附近,水汽输送集中在800 hPa以下,850 hPa水汽通量辐合强度大于8×10-6 g·cm-2·hPa-1·s-1区域与暴雨落区的形态和位置对应良好。5）对流层中层的弱冷空气和低层的强暖湿气流促进了对流不稳定层结的发展和维持,低层强风速带在鲁中山区迎风坡强迫抬升不断触发中尺度对流系统,在中高层气流引导和地形作用下产生“列车效应”,也是此次过程中局地特大暴雨产生的重要因素。     

2005年8月16日天津大暴雨成因分析

运用FY-2C卫星资料和由NCEP/NCAR再分析资料计算的多种物理量场,初步分析了2005年8月16日天津大暴雨的成因：此次大暴雨发生在低槽冷锋前部,对流层中层低槽和副热带高压的维持、对流层低层切变线的出现、近地面层冷空气的扩散侵入、对流层中低层强盛的不稳定能量以及充沛而又深厚的水汽等天气条件的有效合理配置,造就了这次历史罕见的大暴雨。降水显著的中尺度特性与中尺度云团相对应。同时,对比分析了15日发生在河北东北部、京津地区的另一个降水较弱、对流天气强的对流云团,结果显示它们形成发展中存在差异,为今后两类天气的预报提供了一些线索。     

Synoptic Controls on Boundary-Layer Characteristics

We report the characteristics of the three-dimensional, time evolving, atmospheric boundary layer that develops beneath an idealised, dry, baroclinic weather system. The boundary-layer structure is forced by thermal advection associated with the weather system. Large positive heat fluxes behind the cold front drive a vigorous convective boundary layer, whereas moderate negative heat fluxes in the warm sector between the cold and warm fronts generate shallow, stably stratified or neutral boundary layers. The forcing of the boundary-layer structure is quantified by forming an Eulerian mass budget integrated over the depth of the boundary layer. The mass budget indicates that tropospheric air is entrained into the boundary layer both in the vicinity of the high-pressure centre, and behind the cold front. It is then transported horizontally within the boundary layer and converges towards the cyclone’s warm sector, whence it is ventilated out into the troposphere. This cycling of air is likely to be important for the ventilation of pollution out of the boundary layer, and for the transformation of the properties of large-scale air masses.